Các nhà nghiên cứu xác định các gen giúp cây mía chống lại sâu bệnh, lạnh và hạn hán.

Nguồn: Luciana Rossini/IAC, Sugarcane Center, Ribeirão Preto.

Một nghiên cứu tiến hành tại đại học State University of Campinas (UNICAMP) ở Brazil đã xác định được các gen hiếm trong các loài mía hoang dã (Saccharum spontaneum), với sức đề kháng đặc biệt với các stress sinh học như tuyến trùng , nấm, vi khuẩn và một số sâu bệnh khác; và các stress phi sinh học như lạnh, hạn hán, mặn và đất nghèo dinh dưỡng.

Theo bài báo công bố trên tạp chí Frontiers in Plant Science, các nhà khoa học đã tìm hiểu xem liệu các gen hiếm ở S.spontaneum đóng vai trò trong đặc tính chống chịu stress của nó hay không.

Hầu hết các sinh vật đều có gen gần giống với gen của các sinh vật khác. Thực vật chia sẻ các gen liên quan đến quang hợp. Mặt khác, các sinh vật cũng có các gen hiếm hoặc gen đặc trưng cho dòng dõi. Các gen hiếm được tìm thấy trong nhóm phân loại cụ thể không có trình tự tương đồng với các gen từ các dòng khác.

Bằng chứng về dấu tích của gen hiếm (OG) trong bộ gen cây thân cỏ. (A) Biểu đồ phân tán cho thấy tỷ lệ phần trăm nhận dạng trung bình và độ che phủ của mỗi OG trong sáu loài cỏ. Mỗi dấu chấm đại diện cho một OG riêng lẻ. Kích thước chấm biểu thị số lượng mảnh của mỗi OG mía ở các loài cỏ khác. Số lượng mảnh của mỗi OG trong loài tiêu điểm cũng được thể hiện trong biểu đồ thanh (B).

Các nhà nghiên cứu đã quan tâm đến S. spoilum vì các sự kiện sao chép toàn bộ bộ gen trong quá khứ dẫn đến một số bản sao của cùng một gen. Bằng chứng khoa học cho thấy các gen hiếm có thể bắt nguồn từ các bản sao của các gen đã có từ trước mà trình tự của chúng thay đổi theo thời gian do đột biến và cuối cùng khác hoàn toàn với trình tự ban đầu.

Một cách giải thích khác cho nguồn gốc của gen hiếm có thể là sự tổ chức lại các vùng gen không mã hóa, thường thấy ở các sinh vật có bộ gen phức tạp, chẳng hạn như mía.

Cláudio Benício Cardoso-Silva, tác giả của bài báo cho biết: "Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định được các bộ phận trong bộ gen của S.nticoza không có điểm tương đồng với gen ở bất kỳ sinh vật nào khác. Ông đã tiến hành dự án với tư cách là nghiên cứu sau tiến sỹ tại Trung tâm Sinh học Phân tử và Kỹ thuật Di truyền (CBMEG) của UNICAMP.

Cardoso-Silva, NCS sau tiến sỹ, cho biết: “Khi những loài thực vật này tiến hóa, một số gen được biểu hiện ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn để phản ứng với các loại căng thẳng phi sinh học, đặc biệt là lạnh. Nghiên cứu được giám sát bởi Anete Pereira de Souza, giáo sư di truyền thực vật tại Viện Sinh học của UNICAMP và là tác giả cuối cùng của bài báo.

Các nhà nghiên cứu không tin rằng họ có thể kết luận một cách rõ ràng rằng các gen hiếm mà họ xác định được làm cho cây trồng có khả năng chịu đựng căng thẳng tốt hơn dựa trên kết quả của nghiên cứu. "Nhưng thực tế là chúng được điều chỉnh trong điều kiện căng thẳng và đóng vai trò như một cảnh báo, vì vậy có khả năng chúng đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình này", ông nói.

Bước tiếp theo sẽ là thử nghiệm trên các cây chịu nhiều loại căng thẳng để tìm hiểu xem các gen hiếm hoạt động như thế nào về mặt biểu hiện, so với các cây không bị stress. Một khi các gen ứng cử viên tốt nhất được xác nhận, các ứng dụng công nghệ sinh học liên quan đến việc đưa chúng vào các cây trồng có giá trị thương mại có thể được nghiên cứu, dẫn đến khả năng phát triển các giống mía có khả năng chống chịu áp lực môi trường cao hơn trong tương lai.

"Chúng tôi tập trung vào khả năng này cho bất kỳ ai muốn sử dụng dữ liệu trong bài báo để tiếp tục nghiên cứu hoặc cho các nhà khoa học làm việc với chuyển đổi và chỉnh sửa gen, một lĩnh vực nghiên cứu khác, chọn một hoặc hai gen làm ứng cử viên và thực hiện xác nhận. Nghiên cứu hiện tại của tôi tập trung vào khía cạnh tiến hóa của việc mở rộng họ gen", Cardoso-Silva, người tiếp tục làm việc với bộ gen tại Đại học Bang Bắc Rio de Janeiro (UENF) cho biết.

Souza thông tin: “Ngày nay chúng tôi có kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR mang đến cho các chuyên gia công nghệ sinh học cơ hội chọn lọc các gen có khả năng chịu hạn, mặn, lạnh hoặc nóng vào thời điểm mà khả năng phục hồi của cây trồng với ít đầu vào hơn là điều rất quan trọng”.

Đinh Thị Lam theo Phys.org